6.2 Molekyyliyhdisteiden ominaisuuksien selittäminen

Question 1

Miten kemialliset sidokset jaetaan kahteen ryhmään?

Answer 1

Kemialliset sidokset jaetaan kahteen ryhmään niiden sidosvahvuuden perusteella; vahvoihin ja heikkoihin sidoksiin.
Vahvoja sidoksia ovat muun muassa kovalenttiset sidokset, metallisidokset ja ionisidokset.
Heikkoihin sidoksiin puolestaan lukeutuu molekyyliyhdisteen muodostavien molekyylien väliset kemialliset sidokset; ioni-dipolisidokset, vetysidokset, dispersiovoimat ja dipoli-dipolisidokset. Heikkoja kemiallisia sidoksia voi muodostua lisäksi saman molekyylin eri funktionaalisten rymien välille, mikäli ne ovat sopivalla etäisyydellä toisistaan (funktionaaliset ryhmät ovat ns. toiminnallisia ryhmiä, kuten alkoholien -OH ja karboksyylihappojen -COOH).

Question 2

Mitkä asiat vaikuttavat molekyyliyhdisteiden erilaisiin ominaisuuksiin?

Answer 2

Molekyyliydisteiden erilaisiin ominaisuuksiin vaikuttavat:

1. Molekyyliyhdisteen/aineen muodostavien molekyylien poolisuus tai poolittomuus (muodostuvien sidosten vahvuuus)
2. Molekyylien koko (elektronien määrä -> muodostuvien dispersiovomien määrä)
3. Molekyylien välille muodostuvin heikkojen kemiallisten sidosten vahvuus ja määrä.

Aineiden ominaisuuksista varsinkin olomuoto huoneenlämpötilassa, sekä niiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat vahvasti kytköksissä molekyylien välille muodostuviin heikkoihin kemiallisiin sidoksiin, sillä endotermiset reaktiot perustuvat nimenomaan näiden sidosten katkeamiseen vaadittuun energian määrään -> aineen sulaessa, höyrystyessä tai sublimoituessa molekyylien välisiä kemiallisia sidoksia katkeilee lämmön sisältämän lämpöenergian lisäämän lämpöliikkeen vaikutuksesta.

Question 3

Mitä eroja poolisten ja poolittomien molekyylien ominaisuuksissa on?

Answer 3

Poolittomien molekyylien välille muodostuvat heikot kemialliset sidokset ovat tavallisesti heikompia, kuin saman kokoisten poolisten molekyylien välille muodostuvat sidokset. Tämän takia poolittomien molekyylien sulamis- ja kiehumispisteet ovat tavallisesti alhaisempia, kuin poolisten molekyylien muodostamien aineiden.
Lisäksi pooliset molekyyliyhdisteet liukenevat veteen veteen poolittomia molekyyliyhdisteitä paremmin, sillä vesi on poolisista molekyyleistä koostuva aine.

Question 4

Mikä on molekyylihila ja mistä se koostuu?

Answer 4

Molekyylihilalla tarkoitetaan molekyyliyhdisteiden kiinteää olomuotoa. Molekyylihilassa poolittomat molekyylit ovat sitoutuneet toisiinsa dispersiovoimilla, ja pooliset molekyylit dispersiovoimilla, sekä joko vetysidoksilla tai dipoli-dipolisidoksilla. Näin muodostuu kolmiulotteinen rakenne, jossa molekyylit ovat sitoutuneina toisiinsa heikoilla kemiallisilla sidoksilla.

Question 5

Mitä dipoli-dipolisidokset ovat ja miten ne muodostuvat molekyylien välille?

Answer 5

Poolisissa molekyyleissä osittaisvarauksia on sellaisissa kohdissa, joissa kovalenttisen sidoksen sidoselektronit jakautuvat epätasaisesti sidoksen muodostavien atomeiden elektronegatiivisuuseron vuoksi. Näihin molekyylin kohtiin muodostuu varausjakauma eli dipoli.
Poolisen molekyylin positiivinen osittaisvaraus delta + vetää puoleensa toisen molekyylin (tai samassa molekyylissä olevan sopivalla etäisyydellä olevaa) negatiivista osittaisvarausta delta -. Tällöin näiden kahden erimerkkisen osittaisvarauksen välille syntyy heikko sähköinen vetovoima, dipoli-dipolisidos.

Poolisten molekyylien välillä vaikuttavat sekä merkittävät molekyylien väliset sidosvoimat dipoli-dipolisidokset, että dispersiovoimat (kiinteässä ja nestemäisessä olommuodossa) -> korkeammat sulamispisteet kuin poolittomilla molekyyleillä.

Question 6

Mikä on vetysidos ja milloin se muodostuu?

Answer 6

Vetysidos on erityislaatuinen dipoli-dipolisidos, sillä se on erityisen voimakas; jopa kaikista voimakkain heikko, molekyylien välille muodostuva kemiallinen sidos. Huomioitavaa on kuitenkin se, että se on huomattavasti vahvoja kemiallisia sidoksia (esimerkiksi metallisidosta tai kovalenttista sidosta) heikompi.

Voimakkaan vetysidoksen muodostuminen vaatii seuraavien ehtojen täyttymisen:

1) Vetysidos on sitoutunut kovalenttisesti molekyylissä sellaiseen atomiin, jonka elektronegatiivisuusarvo on huomattavasti vedyn elektronegatiivisuusarvoa suurempi. Usein tämä alkuaine on happi, typpi tai fluori. Tällöin vetyyn muodostuu voimakas positiivinen osittaisvaraus sidoselektronien epätasaisen jakautumisen vuoksi.

2. Edellä kuvatulla tavalla sitoutunut vetyatomi vetää täten puoleensa toisen molekyylin (tai saman molekyylin sopivalla etäisyydellä olevaa) voimakkaan negatiivisen osittaisvarauksen omaavaa atomia puoleensa. Usein tämäkin on joko happi-, typpi- tai fluoriatomi.

Vetysidos muodostuu lopulta negatiivisen osittaisvarauksen omaavan atomin vapaan elektroniparin, ja positiivisen ominaisvarauksen omaavan vetyatomin välille.